DE-102011107007-B4 - Anordnung einer Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug

Abstract

Anordnung einer Traktionsbatterie (5) in einem Kraftfahrzeug, die sich aus mehreren Zellenverbunden (6) von Batteriezellen zusammensetzt, wobei die Zellenverbunde (6) zumindest einerseits an Kühlplatten (7) anschließen und in einem am Kraftfahrzeug zu befestigenden Batteriekasten (1; 14) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kühlmittel durchströmten Kühlplatten (7) unmittelbar den Unterboden des Batteriekastens (1; 14) bilden, dass die den Unterboden des Batteriekastens (1; 14) bildenden Kühlplatten (7) von einem gemeinsamen Rahmen (2) umschlossen sind, dass die Kühlplatten (7) in den Rahmen (2) eingesetzt sind, und dass die Kühlplatten (7) über den, zumindest ein geschlossenes Hohlprofil aufweisenden Rahmen (2) an eine Kühlmittelversorgung (9) angeschlossen sind.

Inventors

• Ingo Busche
• Dirk Jäschke

Assignees

• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20110709

Claims (20)

1. Anordnung einer Traktionsbatterie (5) in einem Kraftfahrzeug, die sich aus mehreren Zellenverbunden (6) von Batteriezellen zusammensetzt, wobei die Zellenverbunde (6) zumindest einerseits an Kühlplatten (7) anschließen und in einem am Kraftfahrzeug zu befestigenden Batteriekasten (1; 14) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet , dass die mit Kühlmittel durchströmten Kühlplatten (7) unmittelbar den Unterboden des Batteriekastens (1; 14) bilden, dass die den Unterboden des Batteriekastens (1; 14) bildenden Kühlplatten (7) von einem gemeinsamen Rahmen (2) umschlossen sind, dass die Kühlplatten (7) in den Rahmen (2) eingesetzt sind, und dass die Kühlplatten (7) über den, zumindest ein geschlossenes Hohlprofil aufweisenden Rahmen (2) an eine Kühlmittelversorgung (9) angeschlossen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die in der Draufsicht etwa rechteckförmigen Kühlplatten (7) in dem gemeinsamen Rahmen (2) in Längs- und/oder Querrichtung ausgerichtet sind.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Rahmen (2) in Modulbauweise durch mehrere Längs- und Querholme (2a, 2b) gebildet ist, die fluiddicht fest miteinander verbunden sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die Längs- und Querholme (2a, 2b) über Steckverbindungen (2c) teleskopisch miteinander verbunden sind.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet , dass die Längs- und Querholme (2a, 2b) über T-förmige und/oder eckförmige Verbindungselemente (2e) zusammengefügt sind.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen einander benachbarten Kühlplatten (7) Tragstreben (8) vorgesehen sind, die an dem umschließenden Rahmen (2) befestigt sind und die die Kühlplatten (7) zusätzlich tragen.
7. Anordnung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Tragstreben (8) in Längserstreckung der Kühlplatten (7) ausgerichtet sind und dass die Kühlplatten (7) in Längsrichtung an den Tragstreben (8) und/oder an Längsholmen (2a) des Rahmens (2) an entsprechend ausgerichteten Überlappungsbereichen (2d, 7a, 8a) aufliegen.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 und 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Zellenverbunde (6) der Traktionsbatterie (5) nur mit dem Rahmen (2) und gegebenenfalls den Tragstreben (8) verschraubt sind und dass die Kühlplatten (7) unverschraubt zwischen den Rahmenholmen (2a, 2b) und gegebenenfalls den Tragstreben (8) abgestützt sind.
9. Anordnung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Kühlplatten (7) mit den Tragstreben (8) eine ebene Auflagefläche für die Zellenverbunde (6) der Traktionsbatterie (5) bilden.
10. Anordnung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Kühlplatten (7) aus Kühlkanäle (7b) aufweisenden Strangpressprofilen aus einer Leichtmetalllegierung und der Rahmen (2) mit den Tragstreben (8) aus Stahl gefertigt ist.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass auf den Rahmen (2) ein Zwischenrahmen (3) aufgesetzt ist, der als Höhenausgleich für eine Abdeckung (4) der Traktionsbatterie (5) oder für ein anschließendes Karosseriebauteil (13) des Kraftfahrzeuges dient.
12. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass der Zwischenrahmen (3) über Bolzenverbindungen (2f) auf den Rahmen (2) aufgesteckt ist.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12 , dadurch gekennzeichnet , dass der Zwischenrahmen (3) und/oder seitliche Spannplatten (6a) der Zellenverbunde (6) über Abstandshalter (20) einen Abschlussdeckel (4) der Traktionsbatterie (5) tragen.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 und 12 , dadurch gekennzeichnet , dass an dem Zwischenrahmen (3) eine die Traktionsbatterie (5) nach oben abschließende Folie (12) befestigbar ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 und 12 , dadurch gekennzeichnet , dass der Zwischenrahmen (3) geometrisch so ausgelegt ist, dass er an den karosserieseitigen Unterboden (13) des Kraftfahrzeuges dicht anschließt.
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der die Zellenverbunde (6) aufnehmende Rahmen (2) mit den Kühlplatten (7) stufenförmig in mehrere, die Zellenverbunde (6) der Traktionsbatterie (5) tragende Aufnahmen (15, 16) untergliedert ist.
17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine oder mehrere der Kühlplatten (7) senkrecht zur Tragebene des Rahmens (2) in den Rahmen (2) eingesetzt sind, wobei die Zellenverbunde (6) entsprechend um 90 Grad gedreht ausgerichtet sind.
18. Anordnung nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet , dass die Kühlplatten (7) in ebenfalls aus Hohlprofilen zusammengesetzte Stützrahmen (17) eingesetzt sind, die an die Kühlmittelversorgung (9) über den gemeinsamen Rahmen (2) angeschlossen sind.
19. Anordnung nach Anspruch 18 , dadurch gekennzeichnet , dass die Stützrahmen (17) nur mit dem gemeinsamen Rahmen (2) und den Zellenverbunden (6) der Traktionsbatterie (5) verschraubt sind und die Kühlplatten (7) über Überlappungsbereiche (7a) dazwischenliegend gehalten sind.
20. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass an den gemeinsamen Rahmen (2) ein oder mehrere Befestigungswinkel (18) oder Befestigungskonsolen (19) zur Befestigung des Rahmens (2) am Unterboden (13) der Karosserie des Kraftfahrzeuges vorgesehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Anordnung einer Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung zeigt beispielsweise die DE 198 28 252 A1, bei der Zellenverbunde von Batteriezellen einer Traktionsbatterie (zum Beispiel eine Lithium-lonen-Hochvoltbatterie) in einem Batteriekasten angeordnet sind und über aufrechtstehende Kühlplatten mit Kühlflüssigkeit gekühlt sind. Die Kühlmittelversorgung erfolgt über Kühlkanäle, die durch Zwischenwände und Außenwände des Batteriekastens gebildet sind. Durch die DE 10 2008 059 964 A1 ist eine weitere Anordnung einer Traktionsbatterie bekannt, bei der eine Kühlplatte den Unterboden eines Zellenverbundes der Batteriezellen bildet, die separat an eine Kühlmittelversorgung angeschlossen ist. Ein spezieller Batteriekasten ist hier nicht dargestellt. Aus der DE 10 2004 005 394 A1 ist ein gattungsgemäßer elektrochemischer Energiespeicher bekannt, der Wärmetauschereinheiten mit mehrere elektrochemische Speicherzellen aufweist. Aus der DE 10 2009 029 629 A1 ist ein Wärmeübertrager zur Temperierung von Fahrzeugbatterien bekannt. Aus der DE 10 2008 027 293 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie bekannt. Aus der DE 198 49 491 C1 ist ein elektrochemischer Energiespeicher bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die für eine Serienfertigung von gegebenenfalls unterschiedlich motorisierten und/oder konzipierten Kraftfahrzeugen besonders geeignet ist und die fertigungstechnisch günstig produzierbar ist. Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die mit Kühlmittel durchströmten Kühlplatten über einen geschlossene Hohlprofile aufweisenden Rahmen an die Kühlmittelversorgung angeschlossen sind. Ein derartiger Rahmen mit integrierten Kühlmittelkanälen bietet flexible und vielfache Gestaltungsmöglichkeiten zur Anpassung des Batteriekastens an gegebene Einbauverhältnisse, Batteriegrößen, Kühlmittelverteilung, etc. und kann konstruktiv einfach auch an unterschiedliche Fahrzeugtypen angepasst werden. Erfindungsgemäß sind die Kühlplatten in einen gemeinsamen, die Kühlplatten umschließenden Rahmen eingesetzt und bilden diese unmittelbar den Unterboden des Batteriekastens. Daraus resultiert eine fertigungstechnisch einfache, gewichtsgünstige Konstruktion, die zudem über die freiliegenden Abschnitte der Kühlplatten eine verbesserte Kühlwirkung ermöglicht. Wenn des Weiteren die in der Draufsicht etwa rechteckförmigen Kühlplatten in dem gemeinsamen Rahmen in Längs- und/oder Querrichtung ausgerichtet sind, können die Umrisse des Batteriekastens vorteilhaft an gegebene Einbauverhältnisse angepasst werden; der Batteriekasten kann zum Beispiel in der Draufsicht betrachtet T-förmig, Doppel-T-förmig, etc. ausgeführt sein, so dass dazwischenliegend andere Fahrzeugaggregate wie Radführungselemente oder dergleichen vorgesehen sein können. Durch diese Gestaltung sind andererseits durch einen modularen Aufbau Gleichteile zum Beispiel an den Kühlplatten verwendbar. Der Rahmen kann in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung in Modulbauweise durch mehrere Längs- und Querholme gebildet sein, die fluiddicht fest miteinander verbunden sind. Insbesondere können die Längs- und Querholme über Steckverbindungen teleskopisch miteinander verbunden und gegebenenfalls verschweißt sein. Durch das Fügen der Längs- und Querholme über T-förmige und/oder eckförmige Verbindungselemente kann das Baukastenprinzip noch weiter optimiert werden, wobei die Verbindungselemente ebenfalls als Gleichteile hoher Stückzahl einsetzbar sind. Bei mehreren, nebeneinander angeordneten Kühlplatten können zwischen diesen Tragstreben vorgesehen sein, die an dem umschließenden Rahmen befestigt sind und die die Kühlplatten zusätzlich tragen bzw. die Rahmenkonstruktion aussteifen. Die Tragstreben können bevorzugt in Längserstreckung der Kühlplatten ausgerichtet sein, wobei die Kühlplatten in Längsrichtung an den Tragstreben und/oder an Holmen des Rahmens an entsprechend ausgerichteten Überlappungsbereichen aufliegen. Dies hat den beachtlichen Vorteil, dass die Kühlplatten verspannungsfrei im Rahmen gehalten sind, auch bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien und hohen Temperaturunterschieden. Bevorzugt sind dazu die Zellenverbunde der Traktionsbatterie nur mit dem Rahmen und gegebenenfalls den Tragstreben verschraubt, während die Kühlplatten unverschraubt zwischen den Rahmenholmen und gegebenenfalls den Tragstreben abgestützt sind. Die Kühlplatten können des Weiteren mit den Tragstreben und gegebenenfalls dem Rahmen eine ebene Auflagefläche für die Zellenverbunde der Traktionsbatterie bilden, was insbesondere bei einer Anordnung der Traktionsbatterie an einem ebenen Karosserie-Unterboden eine besonders gedrän